COMPORTAMENTO MECÂNICO DE CHAPAS DE MADEIRA AGLOMERADA FABRICADAS COM ANGICO - MADEIRA DO NORDESTE DO BRASIL
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1 COMPORTAMENTO MECÂNICO DE CHAPAS DE MADEIRA AGLOMERADA FABRICADAS COM ANGICO - MADEIRA DO NORDESTE DO BRASIL MsC Maria Fátima do Nascimento Doutoranda pela Área Interunidades em Ciência e Engenharia dos Materiais EESC IFSC IQSC USP Av. Trabalhador Sãocarlense, 4, Centro, fati@sc.usp.br Prof. Titular Francisco Antonio Rocco Lahr Departamento de Engenharia de Estruturas EESC USP Av. Trabalhador Sãocarlense, 4, Centro, e--mail: frocco@sc.usp.br Resumo Neste trabalho são apresentadas algumas propriedades de resistência e rigidez de chapas de partículas de madeira, com matéria-prima obtida da espécie Angico (Anadenanthera macrocarpa), do Nordeste do Brasil. Os ensaios foram realizados segundo as recomendações do documento normativo 137/199, da ASTM, tendo sido determinada a resistência e o módulo de elasticidade na flexão. Os resultados obtidos foram comparados com propriedades das chapas usualmente comercializadas, e se mostraram superiores. Isto permite considerar a madeira de Angico como satisfatória para a produção de chapas de madeira aglomerada. Palavras-chave: chapa de aglomerado, madeira do nordeste, flexão estática. Abstract In this paper it is presented some strength and stiffness properties of foils of wood particles (particleboard), obtained from raw material of Angico species (Anadenanthera macrocarpa), from Northeast of Brazil. The tests were conducted according to the recommendations of American Code ASTM - 137/199, where it was determined the strength and the modulus of elasticity in static bending. The results were compared to properties of foils usually in commerce and they showed their superiority. This allows considering Angico, a satisfactory wood for the production of foils of particleboard. Keywords: particleboard, northeast wood, static bending. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2231
2 1. Introdução No Brasil, a concentração de pesquisas está estabelecida nas regiões Sul e Sudeste. Já a região Nordeste permanece à margem do interesse de pesquisadores, portanto, estudar materiais desta região, abrange todo um contexto não apenas tecnológico mas de interesse social e econômico. A região Nordeste é composta de 9 estados: Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Bahia, Piauí, Sergipe, Alagoas, Maranhão e Pernambuco. Sua área é de aproximadamente 1.6.km 2, sendo 8.km 2 de caatinga. A proposta de produção de chapa de madeira aglomerada com espécies do nordeste tem como objetivo uma nova perspectiva de produção e aproveitamento sustentável da região, expandindo não apenas os horizontes da pesquisa como também as informações tecnológicas para alavancar novas iniciativas empresariais. 2. Chapas de madeira aglomerada As chapas de madeira aglomerada são fabricadas com partículas de madeira aglutinadas por meio de resina e, em seguida, prensadas. As principais fontes de matéria prima utilizadas pelos fabricantes são: resíduos industriais, resíduos de exploração florestal, madeiras de qualidade inferior não utilizáveis de outra forma e madeira proveniente de trato silvicultural de florestas. A madeira aglomerada possui várias aplicações, entre elas destacamse o uso na fabricação de móveis e na construção civil (Valença et al., 2). Entre os principais produtores de madeira aglomerada destacam-se a Alemanha, com 17% da produção mundial e os EUA com 14%. O Brasil detém 2% da fabricação de chapas de madeira aglomerada. Na tabela 1 está representada a situação de consumo mundial das chapas de madeira aglomerada. TABELA 1 Consumo mundial de chapas de aglomerado Consumo de chapas de aglomerado (1m 3 ) Sem revestimento 26,86 24,74 23,83 23,37 23,11 23,48 22,73 22,33 22,43 Revestido 23,82 23,77 25,81 27,43 28,24 29,89 3,14 3,13 33,65 Total 5,68 48,51 49,64 5,8 51,35 53,37 52,87 54,45 56,8 * estimativa Fonte: Valença et al. (2). CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2232
3 Segundo Valença et al. (2), os pólos moveleiros brasileiros são os principais mercados consumidores de aglomerados, empregando de 8 a 9% da produção brasileira. A não existência de unidades produtoras de aglomerados no Nordeste do Brasil pode representar um potencial incentivo para a implantação de fábricas na região. 3. Espécies de madeiras do nordeste brasileiro Lima (1996) registra que a caatinga dispõe de diversificadas espécies nativas forrageiras, que não têm sido utilizadas de modo racional, sem preocupação com seu potencial e com o uso das terras, ou ainda, com pouca ou nenhuma preocupação ambiental. Isto provoca sérios problemas de degradação de recursos naturais. A utilização racional de espécies do Nordeste brasileiro deve, necessariamente, passar por dois pontos fundamentais. Um deles diz respeito às informações técnico-científicas que poderão ser geradas com base em trabalhos de pesquisa realizados em instituições brasileiras, como é o caso deste trabalho. Outro se refere à urgência de ser estabelecido um programa centrado nas mais modernas técnicas silviculturais para que se viabilize a perenização da oferta de matéria-prima. Desta forma, os resultados da pesquisa terão plenas condições de se transformar em potencialidades industriais, com baixo impacto ambiental e possibilidades de produção diversificada. 4. Materiais e métodos 4.1. Descrição da espécie utilizada No desenvolvimento deste trabalho, optou-se pelo emprego da madeira da espécie Angico (Piptadenia macrocarpa Benth), da família Leguminosa Mimosóideas. Segundo Braga (196), o Angico é árvore de caule mais ou menos tortuoso e mediano, de casca grossa, muito rugosa, fendida e avermelhada; apresenta folhas bipinadas com 1-25 jugas e cada uma com 2-8 pares de folíolos falcado-lineares rígidos; possui flores alvas em capítulos globosos e axilares, tendo vagem achatada grande de até 32cm de comprimento. A madeira dessa árvore vem sendo utilizada em tabuados, vigamentos, tacos, móveis, aplicações na marcenaria, rodas de engenho, lenha e carvão. A casca é rica em tanino, podendo atingir porcentagem acima de 3%. Faz parte da paisagem sertaneja, onde vegetam CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2233
4 com mais frequência. Ocorre em todo Nordeste e também fora dele, vindo do Maranhão até São Paulo, aparecendo inclusive nos estados centrais Fabricação das chapas de aglomerado As chapas de aglomerado utilizando a madeira do NE brasileiro foram produzidas seguindo-se as etapas: Picagem das toras Foram obtidas três toras de aproximadamente 15cm de comprimento e 2 a 27cm de diâmetro. As toras foram processadas, incluindo a casca, por uma serra desempenadeira, produzindo cavacos de 1,cm a 2,5cm Formação das chapas Os cavacos foram secos ao ar por três meses até atingirem o teor de umidade de 8% a 12% e pesados em balança com precisão de,1g. Em seguida adicionou-se adesivo à base de uréia fenol formaldeído, em quantidade correspondente a 1% do peso total dos cavacos e água correspondente a 5% desse peso. Após a mistura, os cavacos foram prensados a 22daN/cm 2 e 15 o C por 8 horas, tempo necessário para total acomodação dos cavacos e cura do adesivo. A prensa utilizada foi construída no Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira (LaMEM), do Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), da Universidade de São Paulo (USP), ver figura 1. Essa prensa possui a capacidade de carga correspondente a 28 kgf/cm 2. A prensa é composta por pratos de aço maciço, de 29 x 29cm, para assegurar uma distribuição uniforme e constante da temperatura em toda superfície com dimensões de 29 X 29cm. A temperatura é distribuída através de resistências elétricas embutidas nos pratos. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2234
5 FIGURA 1 Prensa construída no Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira Obtenção dos corpos-de-prova Foram obtidos, ao todo, seis corpos-de-prova, sendo três de cada chapa produzida conforme indicação anterior. Os corpos-de-prova foram ensaiados em temperatura ambiente e umidade próxima a 12%. Foram seguidos, nos ensaios, as recomendações da ASTM 137/1996 Métodos de ensaios normalizados para avaliar as propriedades das fibras de madeira e dos painéis de partículas. As chapas foram avaliadas através do ensaio de flexão estática, com a determinação da resistência e do módulo de elasticidade na flexão estática. Na realização do ensaio, adotou-se a velocidade de carregamento dada pela expressão 1; o módulo de ruptura (ou a resistência convencional na flexão) foi obtida pela expressão 2; o limite de proporcionalidade pela expressão 3 e o módulo de elasticidade pela expressão 4, dados pelo documento normativo mencionado. N = 2 Zl 6d (1) 3Pl R = 2 2bd (2) 3p1l Spl = 2 2bd (3) E = P l bd y1 (4) CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2235
6 Onde: N : velocidade de ensaio, em mm/min; Z: taxa de unidade de tensão na fibra,,5 mm/mm; L: comprimento do corpo-de-prova, em mm; b: largura, em mm; d: espessura, em mm; R: módulo de ruptura, em kgf/cm 2 ; P: carga de ruptura, em kgf; Spl: tensão limite de proporcionalidade, em kgf/cm 2 ; P 1 : carga no limite de proporcionalidade, em kgf; E: módulo aparente de elasticidade, em kgf/cm 2 ; y 1 : deformação central da carga no limite de proporcionalidade, em cm. 5. Apresentação dos resultados Os resultados obtidos nos ensaios dos corpos-de-prova são apresentados na tabela 2. Chapas CH 1 CH 2 TABELA 2 Resultados obtidos nos ensaios dos corpos-de-prova. Amostras d (mm) L P N R Spl (mm) (kgf) (mm/min) (kgf/cm 2 ) (kgf/cm 2 ) CP 1 14, ,83 3, E (kgf/cm 2 ) CP 2 14, ,48 3, CP 3 14, ,71 3, CP 4 6, ,17 6, CP 5 7, ,6 6, CP 6 6, ,76 6, As figuras 1 a 6 correspondem aos gráficos de deformação em função da força aplicada para cada corpo-de-prova ensaiado. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2236
7 8 Carga (kgf) FIGURA 1 Diagrama representativo de carga x deformação específica para o corpo-deprova 1. Carga (kgf) FIGURA 2 Diagrama representativo de carga x deformação específica para o corpo-deprova 2. 6 Carga (Kgf) FIGURA 3 Diagrama representativo de carga x deformação específica para o corpo-deprova 3. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2237
8 Carga (kgf) FIGURA 4 Diagrama representativo de carga x deformação específica para o corpo-deprova 4. Carga (Kgf) FIGURA 5 Diagrama representativo de carga x deformação específica para o corpo-deprova 5. 2 Carga (kgf) FIGURA 6 Diagrama representativo de carga x deformação específica para o corpo-deprova 6. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2238
9 5.1. Discussão dos resultados Neste item são apresentados alguns resultados da resistência e do módulo de elasticidade de chapas de aglomerado encontradas na literatura, comparando-as com os obtidos neste trabalho, tabela 3. Os resultados encontrados na literatura, segundo OLMOS (1992), foram calculados para chapas de aglomerado fabricadas com resíduos da espécie pinus elliotti. TABELA 3 Comparação entre propriedades de chapas de aglomerado. Chapas de aglomerado Resistência à flexão Módulo de elasticidade Encontradas na literatura * 3 a 45kgf/cm a 24933kgf/cm 2 Fabricadas com madeiras do Nordeste 55 a 62kgf/cm a 4557kgf/cm 2 * Valor apresentado por OLMOS (1992). 6. Conclusões Os resultados obtidos para as chapas de aglomerado fabricadas com madeira do Nordeste brasileiro, espécie Angico, foram bastante satisfatórios. Ao comparar os valores de resistência à flexão estática encontradas na literatura para as chapas de aglomerado existentes no mercado com os das chapas fabricadas com o Angico, ver tabela 3, as chapas fabricadas com Angico apresentaram resultados mais altos, o que evidencia uma maior resistência mecânica. Quanto ao módulo de elasticidade, os resultados das chapas de aglomerado fabricadas com madeira do NE (Angico), também apresentaram resultados superiores aos encontrados na literatura. Através dos resultados observa-se que as chapas de madeira fabricadas com a madeira do NE apresentaram resultados que garantem a eficiência desse produto em diversas aplicações ao qual as chapas de aglomerado são indicadas. 8.- Referências bibliográficas AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS. D 137/96 - Métodos de ensaios normalizados para avaliar as propriedades das fibras de madeira e painéis de partículas. Philadelphia p BRAGA, R. Plantas do Nordeste, especialmente do Ceará. Natal. Rio Grande do Norte CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2239
10 LUCIANO, J.L.S. Plantas Forrageiras das Caatingas. Usos e Potencialidades. EMBRAPA. Petrolina. Pernambuco LORENZI, H. Árvores Brasileiras. 2.ed. Manual de Identificação e Cultivo de Plantas Arbóreas Nativas do Brasil. Instituto Plantum de Estudos da Flora Ltda. São Paulo NAKAMURA, R. M. et al. Aglomerado de Mistura de Espécies Tropicais da Amazônia. Ministério da Agricultura. Instituto Brasileiro de Desenvolvimento Florestal. Departamento de Economia Florestal. Série Técnica n o 4. Brasília OLMOS, M.A.C. Equipamento e Processo de Fabricação de Chapas Aglomeradas a partir de resíduos de madeira. São Carlos p. Dissertação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo. VALENÇA, A.C. et al. Painéis de madeira aglomerada. In: REVISTA DA MADEIRA. p CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2, São Pedro - SP. Anais 2231
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